Alkuperätiedot: jokainen parametri on jäljitettävissä julkaistuun lähteeseen
Kshana-ohjelmiston keskeinen rehellisyysperiaate on, että jokainen anturiparametri, fysikaalinen malli ja validointiaineisto on jäljitettävissä julkaistuun lähteeseen: tietolehteen, vertaisarvioituun artikkeliin, signaali avaruudessa -rajapintakuvaukseen (ICD, interface control document) tai standardiin. Tähän asiakirjaan on koottu nämä alkuperämerkkijonot yhdeksi viitattavaksi taulukoksi.
Alkuperätieto ei ole pelkkää dokumentaatiota: jokaisessa skenaarion anturitaulussa (esimerkiksi [clock_quantum] ja [clock_classical]) on merkkijono provenance (ModelSpec tiedostossa src/types.rs; inertiamittausyksikön (IMU) virhemallissa with_provenance tiedostossa src/inertial/imu_errors.rs), joka kulkeutuu tulos-JSONiin (JavaScript Object Notation) kenttinä quantum.spec.provenance ja classical.spec.provenance, joten jokainen ajo kantaa mukanaan omat parametriviitteensä. Tuloksen lohko units myös merkitsee jokaisen numeerisen kentän alkuperäluokalla (input, computed, closed-form, internal-consistency, …). Alla olevat taulukot ovat näiden merkkijonojen yhdistetty, ihmisluettava hakemisto sekä lähdekoodin kommenteista poimitut algoritmi- ja validointialkuperätiedot.
Kypsyys merkitään rehellisesti kaikkialla: lentoon kelpuutettu (on lentänyt), maalaboratorio / luotausraketti (osoitettu, ei lentänyt) tai avaruustavoite maalaitteistolla (tavoitearvo laitteistolle, joka ei ole lentänyt; erityisesti jokainen strontiumin optisen hilakellon arvo). Kunkin arvon merkinnät validated / modelled / not modeled ovat tiedostossa VALIDATION.md, ja maalaboratorion ja lentokypsyyden vertailu on tiedostossa QUANTUM-MODELS.md.
1. Kellon ja taajuusviitteen parametrit#
| Anturi | Keskeinen luku | Lähde | Kypsyys |
|---|---|---|---|
| Microchip (Microsemi) SA.45s / SA65 CSAC (sirumittakaavan atomikello) | σ_y(1 s) = 3,0×10⁻¹⁰ | Valmistajan tietolehti | lentoon kelpuutettu (käytössä oleva kaupallinen osa) |
| Strontiumin optinen hilakello (avaruustavoite) | σ_y(1 s) = 1×10⁻¹⁵ | Origlia, Schiller, Bongs ym., arXiv:1503,08457 | avaruustavoite maalaitteistolla — yhtään Sr-optista kelloa ei ole lennetty |
| Strontiumin optinen hilakello (laboratorioennätys) | σ_y(1 s) = 4,8×10⁻¹⁷ | Oelker ym., Nature Photonics (2019) | vain maalaboratorio |
| ACES/PHARAO (Atomic Clock Ensemble in Space / Projet d'Horloge Atomique par Refroidissement d'Atomes en Orbite; ISS:n (kansainvälinen avaruusasema) vertailukohta) | suuruusluokkaa 1×10⁻¹⁶ usean päivän integroinnin jälkeen | ESA (Euroopan avaruusjärjestö) ACES/PHARAO, toiminnassa ISS-avaruusasemalla huhtikuusta 2025 lähtien (viittaa ESAn julkaisemiin tuloksiin) | lentoon kelpuutettu (mikroaalto/maser, ei optinen) |
Allanin valkoisen taajuuskohinan kerroin, jota holdover-malli käyttää, on q_wf = σ_y(1 s)²; flicker-taajuusmodulaatio (flicker FM) ja ikääntyminen mallinnetaan vain, jos flicker_floor on asetettu erikseen (ks. VALIDATION.md); muuten niitä ei mallinneta.
2. Inertia-anturien parametrit#
| Anturi | Keskeiset luvut | Lähde | Kypsyys |
|---|---|---|---|
| Exailin hybridikvanttikiihtyvyysanturikolmikko | bias-vakaus 6×10⁻⁸ g = 5,88×10⁻⁷ m/s² (24 h); kohina 22 µg/√Hz = 2,16×10⁻⁴ (m/s²)/√Hz | Templier ym., Science Advances (2022), arXiv:2209,13209 | ground-lab |
| Honeywell QA-2000 -navigointiluokan kvartsikiihtyvyysanturi | bias-vakaus ~160 µg = 1,57×10⁻³ m/s²; kohina ~20 µg/√Hz; bias-epävakaus ~1 µg | Valmistaja / Groves, AESS (Aerospace and Electronic Systems Society) Tutorial | flight-qualified |
| IMU:n virhemalli (mittakertoimen, kohdistusvirheen, g-herkkyyden, kvantisoinnin ja kulmanopeusramppivirheen osat) | viisi systemaattista luokkaa | IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Std 952-1997 §A.2; Groves 2013 §4,3, taulukko 4,1 | malli |
| Strapdown-mekanisointi (NED, pohjoinen–itä–alas; coning/sculling) | kvaternioasento §2,2, §5,5; NED-mekanisointi §5,4; painovoima §2,4 | Groves, Principles of GNSS (global navigation satellite system), Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems, 2. painos | malli |
3. Ajan- ja taajuudensiirron parametrit#
| Yhteys | Keskeinen luku | Lähde |
|---|---|---|
| Vapaan tilan optinen kaksisuuntainen (satelliittien välinen) | laboratorion alaraja ~1 fs; 1 ps on kiertoradalla uskottava tavoite | Giorgetta ym. (2013, Nature Photonics); Deschênes ym. (2016, Physical Review X) |
| TWSTFT (kaksisuuntainen satelliittiajan- ja taajuudensiirto, Ku-kaista) | yksittäinen istunto ~0,5 ns | BIPM (Kansainvälinen paino- ja mittatoimisto) / PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Saksan kansallinen metrologian laitos) / NIST (National Institute of Standards and Technology) |
4. Rata-, aikajärjestelmä- ja koordinaatistomallit#
| Malli | Yhtälö / standardi | Viite (lähdekoodin kommentti) |
|---|---|---|
| SGP4/SDP4-radanlaskenta (SGP4: Simplified General Perturbations 4; SDP4: Simplified Deep-space Perturbations 4) | WGS-72-pohjainen (WGS: World Geodetic System) SGP4-malli | Vallado ym., ”Revisiting Spacetrack Report #3”, AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics) 2006-6753 (2006) |
| Karkaussekunti ja aikajärjestelmät (UTC/TAI/TT/UT1 (UTC: koordinoitu yleisaika; TAI: kansainvälinen atomiaika; TT: maanpäällinen aika; UT1: yleisaika 1, Maan pyörimiseen perustuva aika)) | kokonaislukukarkaussekuntien järjestelmä 1972-01-01 alkaen | IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service) Conventions (2010); karkaussekuntihistoria IERS Bulletin C:stä |
| Maan kiertokulma | θ(Tu) = 2π(0.7790572732640 + 1.00273781191135448·Tu) |
IAU (Kansainvälinen tähtitieteellinen unioni) 2000, päätöslauselma B1.8 |
| Lähetetyn efemeridin mukainen SV:n (space vehicle, eli satelliitti) paikka ja kello | käyttäjäalgoritmi, relativistinen F·e·√A·sin Eₖ, TGD |
IS-GPS-200 (IS: Interface Specification; GPS: Global Positioning System) §20.3.3.4.3.1 / §20.3.3.3.3.1 |
| Galileon / QZSS:n (Japanin Quasi-Zenith-satelliittijärjestelmä) / BeiDoun efemeridivakiot (μ, Ω̇ₑ, C̄₂₀) | järjestelmäkohtaiset SIS ICD:t (rajapintakuvaukset) | Galileo OS (Open Service) SIS ICD; BeiDou OS SIS ICD (CGCS2000, China Geodetic Coordinate System 2000); GLONASS (Venäjän maailmanlaajuinen satelliittinavigointijärjestelmä) ICD (PZ-90 (PZ: Parametry Zemli, Venäjän geodeettinen datum)) |
5. GNSS:n mittausalueen ja kestävyyden mallit#
| Malli | Yhtälö / standardi | Hakuteos |
|---|---|---|
| Klobucharin yksitaajuinen ionosfäärimalli | puoliympyräalgoritmi | IS-GPS-200 §20.3.3.5.2.5 |
| Saastamoisen troposfääriviive zeniitissä | hydrostaattinen + märkä zeniittiviive | Davis ym. (1985); Groves §9,4 |
| Niellin kuvausfunktiot | hydrostaattinen ja märkä, korkeuskulmakuvaus | Niell (1996) |
| Häirinnänsuojauksen linkkibudjetti | [1/(C/N₀) + (J/S)/(Q·Rc)]⁻¹ (C/N₀ on kantoaalto-kohinatiheyssuhde, J/S häirintä-signaalisuhde, Q spektrierotuskerroin, Rc sirunopeus) → tehollinen C/N₀ → lukituksen menetys |
Kaplan & Hegarty, Understanding GPS/GNSS, 3. painos, §9,4 |
| Harhautuksen / energian havaitseminen | Neyman–Pearson / kaksipuolinen χ²₁-energiatesti; Φ⁻¹ Acklamin menetelmällä; erf Abramowitzin ja Stegunin kaavalla 7.1.26 | klassinen havaitsemisteoria |
| Allan-perheen vakaus (ADEV/MDEV/TDEV/HDEV (ADEV: Allanin poikkeama; MDEV: modifioitu Allanin poikkeama; TDEV: aikapoikkeama; HDEV: Hadamardin poikkeama)) | luottamusväleineen | NIST SP (Special Publication) 1065 (Riley); Kasdin, Proc. IEEE (1995) |
| RAIM (vastaanottimen autonominen eheyden valvonta) / eheys (HPL/VPL (HPL: vaakasuuntainen suojaustaso; VPL: pystysuuntainen suojaustaso), ARAIM (kehittynyt vastaanottimen autonominen eheyden valvonta), ratkaisun erottelu) | hetkellinen ja ratkaisun erotteluun perustuva | ks. INTEGRITY.md |
6. Validointiaineistot#
Vendorointikäytäntö. Tallennamme sananmukaisen kopion jokaisesta validointiaineistosta, jonka lisenssi sallii uudelleenjaon ja jonka koko mahtuu sopivasti gitiin, jotta kloonista voi toistaa validoinnin ilman verkkoa ja ilman linkkien vanhenemista. Aineisto on noutoon rajattu (fetch-gated) (apuohjelma scripts/fetch_*.sh lataa sen git-ohitettuun hakemistoon realdata-cache/, ja gitiin tallennetaan vain pienet johdetut vertailuarvot) vain silloin, kun sen lisenssi ei selvästi salli uudelleenjakoa tai kun se on liian suuri gitille. Jokaisen rajatun aineiston erityinen syy on kirjattu alle; mitään ei rajata mukavuussyistä.
| Aineisto | Käyttö | Lisenssi | Tila repositoriossa |
|---|---|---|---|
| AIAA 2006-6753 SGP4-testivektorit (kaikki 666) | SGP4:n numeerinen validointi — pahin 4,12 mm | Julkaistut vertailuvektorit (Vallado, AIAA) | Vendoroitu tests/fixtures/sgp4/ |
| ⁸⁸Sr-optisen kellon ADEV σ_y(τ) (Norcia ym., Science 366:93, 2019) | optisen kellon mitatun vakauden sovituksen validointi | CC-BY-4.0 (Creative Commons Attribution 4,0; Zenodo 10.5281/zenodo.3382347) | Vendoroitu tests/fixtures/optical_clock_adev/ |
| NASA/USGS (NASA: National Aeronautics and Space Administration; USGS: United States Geological Survey) SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) v3 -korkeuslaatta N36W117 (Death Valley, harvennettu 6 kaarisekuntiin, 722 KB) | maastomallin (DEM: digitaalinen korkeusmalli) lukijan .hgt validointi todellisella reliefillä (Badwater Basin ≈ −86 m) |
Public domain (NASA/USGS SRTM v3; AWS:n (Amazon Web Services) Open Data -palvelun kautta elevation-tiles-prod) |
Vendoroitu tests/fixtures/terrain/N36W117_sub6.hgt |
| CCSDS 502.0/503.0 Blue Book OEM/TDM -esimerkit (OEM: Orbit Ephemeris Message; TDM: Tracking Data Message) | CCSDS-jäsentimen edestakaisen muunnoksen validointi | Julkaistut standardiesimerkit (CCSDS) | Vendoroitu tests/fixtures/ccsds/ |
| IGS (International GNSS Service) SP3 (Standard Product 3, tarkka ratamuoto) -tarkkarata ja RINEX (Receiver Independent Exchange Format) -navigointinäytteet | radansovituksen ja eheyden validointi | IGS:n avoin data (vapaa mihin tahansa käyttöön, lähdemaininta) | Vendoroitu tests/fixtures/igs/ |
Celestrakin TLE-tilannekuvat (two-line element set) (gps-ops, galileo) |
todellisen satelliittitähdistön skenaariot | Celestrakin ehdot (lähdemaininta; Yhdysvaltain valtion alkuperää olevat TLE:t (two-line element sets)) | Vendoroitu tests/fixtures/celestrak/ + live scripts/fetch_tles.sh |
| scipy / scikit-learn / filterpy -vertailutulosteet | numeeristen ydinrutiinien ja estimaattorien validointi | Luotu paikallisesti BSD/MIT-kirjastoista (BSD: Berkeley Software Distribution -lisenssi) | Vendoroitu tests/fixtures/scipy/ (+ generaattoriskriptit) |
| Stable32-vertailupoikkeamat (vuosikymmenittäiset ADEV/HDEV-sarjat) | Allan-estimaattorien vastaavuus | Johdetut yhteenvetoarvot (pienet) | Vendoroitu tests/fixtures/cs5071a/, tests/fixtures/phasedat/ |
| 5071A-cesiumin raaka vaihesarja (556 990 pistettä, 12 MB) | limittäinen ADEV/HDEV todellisella Cs-kellolla | Epäselvä — allantools on LGPL-3.0 (GNU Lesser General Public License, ohjelmistolisenssi), ja siinä ei ole nimenomaista datan uudelleenjakolupaa; tiedosto on jätetty pois PyPI-jakelusta (Python Package Index) |
Fetch-gated scripts/fetch_cs5071a.sh; johdetut sarjat tallennettu |
| raaka PHASE.DAT (1000 pisteen regressiosarja) | Stable32-estimaattorivastaavuuden sarja | Epäselvä — jaetaan kaupallisen Stable32-ohjelman (Hamilton Technical Services) mukana; NIST SP 1065 on public domain, mutta ei sisällä arvoja painettuna | Fetch-gated scripts/fetch_phasedat.sh; johdetut sarjat tallennettu |
| JammerTest 2024 -GNSS-häirinnän/harhautuksen tallenne (1,4 GB) | kestävyys-/poikkeamaskenaarioiden kalibrointi | GPL-3.0-or-later (GNU General Public License; Zenodo 10.5281/zenodo.15910563) — uudelleenjako sallittu, mutta koko ylittää GitHubin 100 MB:n tiedostorajan ja GPL-copyleft on ristiriidassa AGPL-puun (Affero General Public License) kanssa | Noutoon rajattu (fetch-gated); viittaus DOI:hin (digital object identifier) |
Jokaisen noutoon rajatun aineiston lisenssitila selvitettiin alkuperäiseltä taholta; kaksi ”epäselvää” kelloaineistoa pysyy rajattuna, kunnes uudelleenjakolupa annetaan nimenomaisesti (tallennamme jo ne arvot, joiden julkaisuun on lupa), ja JammerTest-aineisto on rajattu koon ja copyleftin perusteella avoimesta lisenssistään huolimatta.
7. Uudemmat osa-alueet — mistä niiden parametrit tulevat#
Taulukoiden jälkeen lisätyt skenaariotyypit noudattavat samaa sääntöä. Jokainen rivi nimeää lähteen ja sen varaan rakennetun ominaisuuden varmennusmatriisin tilan (VERIFICATION-MATRIX.md sisältää koko rivin).
| Alue | Parametrit | Lähde | Tila |
|---|---|---|---|
Telealan ajoitus (telecom-timing) |
synkronointimaskit | ITU-T:n (Kansainvälisen televiestintäliiton telealan standardointiosasto) suositukset, kukin raja taulukkoineen tai kohtineen, lueteltu tiedostossa TELECOM-TIMING.md |
MODELLED (jäljennös) |
| Telealan ajoitus | oskillaattoriesiasetukset ocxo, rubidium, caesium, csac |
neljä Microchipin tietolehteä, asiakirjanumerot tiedostossa TELECOM-TIMING.md |
MODELLED |
| Telealan ajoitus | MTIE- (suurin aikavälivirhe) ja TDEV-estimaattorit (aikapoikkeama) | allantools 2024,06 hakemistossa tests/fixtures/telecom_timing/ |
VALIDATED |
Aurinkokunta (solar-system, body-pnt) |
planeettojen paikat JPL:n (Jet Propulsion Laboratory) Standishin Kepler-radan alkioista | tarkistettu JPL Horizons DE441 -tilavektoreita (Development Ephemeris 441) vasten hakemistossa tests/fixtures/solar_system/ |
VALIDATED; Uranus, Neptunus, Pluto ja kuut MODELLED |
| Aurinkokunta | kunkin kappaleen gravitaatioparametrit, säteet ja pyöriminen | JPL Horizonsin kappaletietueet ja JPL:n satelliittien fysikaalisten parametrien taulukko | MODELLED (jäljennös) |
Satelliittitähdistön suunnittelu (constellation-design) |
nimellinen GPS-, Galileo- ja GLONASS-paikat | Galileo Open Service Service Definition Document 1,1; GPS Standard Positioning Service Performance Standard, 5. painos | VALIDATED |
LEO (matala Maan kiertorata) -PNT (leo-signal, leo-pass, leo-pvt) |
nimetyt järjestelmäesiasetukset | siteeratut julkiset luvut, kukin esiasetus lähteineen | MODELLED |
LEO-navigointiviesti (leo-navmsg) |
signaali avaruudessa -etäisyysvirheen painot | Montenbruck, Steigenberger ja Hauschild (2018), Advances in Space Research | VALIDATED |
| LEO-navigointiviesti | 22 parametrin efemeridimalli | Liu ym. (2025), Remote Sensing 17(16):2894 | MODELLED |
Kaavion alkuperätietojen alatunniste#
Jokaiseen Kshanan piirtämään kaavioon — selaintestialustassa, komentorivin (CLI) viennissä *.chart.svg ja tulostettavan raportin (*.report.html, HTML, HyperText Markup Language) kaaviossa — lisätään oikeaan alakulmaan leima:
Kshana v<version> · scenario <hash> · kshana.dev
Kohta scenario <hash> on ajon skenaariotiivisteen 12 ensimmäistä heksamerkkiä: SHA-256 (SHA: Secure Hash Algorithm) skenaarion kanonisesta määrittelystä (siemenluku, kynnysarvot, mallin parametrit, GNSS-ikkunat ja niin edelleen). Se on sama sormenjälki, joka näkyy yksirivisessä ajoyhteenvedossa ja tulos-JSONin kentässä scenario_hash. (Skenaariotyypit, joiden tulosasiakirjassa ei ole kenttää scenario_hash, kuten eheys- ja kuuraportit, käyttävät varana skenaarion lähde-TOMLin (Tom's Obvious, Minimal Language) SHA-256-tiivistettä, joten jokaisella kaaviolla on silti vakaa sormenjälki.)
Koska tiiviste on deterministinen ja herkkä syötteille, tallennettu tai liitetty kaaviokuva tunnistaa itsensä: se kertoo moottorin version, tarkan skenaarion, joka sen tuotti (bitti bitiltä -toistoa varten) ja lähteen, ja mikä tahansa muutettu parametri tuottaa eri tiivisteen, joten väärin merkitty kaavio on havaittavissa.
Miten siteerata ja toistaa#
Jokainen tulos on toistettavissa kokonaisuudesta scenario + seed + engine version. Siteeraa moottoria tiedoston CITATION.cff kautta / Zenodon konsepti-DOI:lla 10.5281/zenodo.20528627, ja siteeraa yllä olevat parametrilähteet niille luvuille, joista tietty ajo riippuu — ne kulkevat tulos-JSONin kentissä provenance, joten julkaistu tulos dokumentoi itse itsensä.
Jos luku on avaruustavoite maalaitteistolla (jokainen strontiumin optisen kellon luku) tai maalaboratorion esitys (kylmäatomikiihtyvyysanturi), tämä asiakirja ja tuloksen alkuperätiedot sanovat sen nimenomaisesti. Kshana ei esitä laboratorio- tai tavoitelukuja lennettynä suorituskykynä.